Budownictwo Wodne:

Wykład 2: Zapory ziemne.

Podstawowe zagadnienia

mechaniki gruntów

dr hab. inż. A. Truty prof. PK

15 marca 2006

1

Klasyfikacja zapór ziemnych

Materiały źródłowe:

K. Czyżewski, W. Wolski, S. Wójcicki, A. Żbikowski.

Zapory ziemne. Arkady 1973.

K. Fanti, K. Fiedler, J. Kowalewski, S. Wójcicki. Bu-

dowle piętrzące. Arkady 1972.

W. Balcerski, S. Bednarczyk i inni. Budowle wodne

śródlądowe. Budownictwo Betonowe. Tom XVII. Ar-
kady 1969 r.

K. Biernatowski, E. Dembicki, K. Dzierżawski, W.

Wolski. Fundamentowanie. Projektowanie i wykonaw-
stwo. Tom 1. Podłoże budowlane.

2

3

Klasyfikacja zapór ziemnych oraz ich główne ele-
menty

:

1. z uwagi na rozmieszczenie gruntów w przekroju po-

przecznym

• zapory jednorodne

• zapory strefowane

2. z uwagi na rodzaj uszczelnienia korpusu zapory

• zapory bez uszczelnień

• zapory z rdzeniem pionowym lub pochyłym

• zapory z ekranem

3. z uwagi na rodzaj uszczelnienia podloza

• zapory bez uszczelnienia

• z przesloną pionową pełna

• z przesłoną zawieszoną lub niepełną

• z uszczelnieniem poziomym ponuru (fartuchem)

4. z uwagi na metode wykonania

• zapory sypane i zagęszczane mechanicznie

• zapory wykonywane metodą hydrauliczną (na-

mywane)

4

5

6

Charakterystki podziału faz gruntów

• wilgotność: w =

m

w

m

s

100%

• stopień wilgotności: S

r

=

V

w

V

p

• wskaźnik porowatości: e =

V

p

V

s

• porowatość: n =

V

p

V

• gęstość objętościowa gruntu: ρ =

m

V

• gęstość właściwa szkieletu: ρ

s

=

m

s

V

s

• gęstość objętościowa szkieletu: ρ

d

=

m

s

V

• gęstość objętościowa przy całkowitym nasyceniu:

ρ

sr

=

V

s

ρ

s

+ V

p

ρ

w

V

7

Ćwiczenie:

• Dane: w = 0.1, γ = 20 kN/m

3

, γ

s

= 26.5 kN/m

3

• Oblicz: n , e , S

r

, γ

d

• w =

m

w

m

s

• γ =

m

s

+ m

w

V

g =

m

s

+ w m

s

V

g =

(1 + w) m

s

V

g

• γ = (1 + w) γ

d

• γ

d

=

γ

1 + w

=

20

1 + 0.1

= 18.2 kN/m

3

• γ

d

=

m

s

V

g

• γ

s

=

m

s

V

s

g =

m

s

V − V

p

g =

m

s

V

1 −

V

p

V

g =

γ

d

1 − n

• stąd: γ

d

= (1 − n) γ

s

• zatem n = 1 −

γ

d

γ

s

= 1 −

18.2

26.5

= 0.31

• e =

V

p

V

s

=

V

p

V − V

p

=

V

p

V

1 −

V

p

V

=

n

1 − n

= 0.45

• γ = γ

d

+ n S

r

γ

w

• S

r

=

γ − γ

d

n γ

w

=

20 − 18.2

0.31 × 10.0

= 0.58

8

Kryteria przydatności gruntów do budowy za-
pory

• wytrzymałość na ścinanie (nośność)

• ściśliwość (sztywność)

• wodoprzepuszczalność (parametry filtracyjne)

Wskaźniki związane z uziarnieniem:

• wskaźnik różnoziarnistości U =

d

60

d

10

• wskaźnik krzywizny C =

d

2

30

d

10

d

60

• żwiry sa dobrze uziarnione jesli U > 4

C = 1 ÷ 3

• piaski są dobrze uziarnione jesli U > 6

C = 1 ÷ 3

d

60

, d

30

, d

10

sa to średnice ziaren, których wraz z

mniejszymi jest w gruncie 10, 30 i odpowiednio 60 %.

9

10

Plastyczność gruntów - grunty spoiste

• wskaźnik plastyczności: I

p

= w

L

− w

P

• stopień plastyczności: I

L

=

w − w

P

I

P

=

w − w

P

w

L

− w

P

• Stan gruntu spoistego:

– zwarty i półzwarty: I

L

¬ 0

– twardoplastyczny: 0 < I

L

¬ 0.25

– plastyczny: 0.25 < I

L

¬ 0.50

– miękoplastyczny: 0.50 < I

L

¬ 1.0

– płynny: I

L

> 1

• sztywność i parametry wytrzymałościowe φ, c sa

ściśle powiązane z stopniem plastyczności I

L

Zagęszczenie gruntów- grunty niespoiste

• I

D

=

e

max

− e

e

max

− e

min

• Stan gruntu niespoistego:

– luźny: I

D

¬ 0.33

– średnio zagęszczony: 0.33 < I

D

¬ 0.67

– zagęszczony: I

D

> 0.67

11

Pojęcie wilgotności optymalnej

γ

d

=

1 γ

1 + w

γ

d

- ciężar objetościowy szkieletu gruntu kN/m

3

γ - ciężar objetościowy gruntu kN/m

3

w =

W − W

s

W

s

W - ciężar 1 m

3

gruntu

W

s

- ciężar 1 m

3

szkieletu gruntowego

12

Orientacyjne wartości współczynników filtracji
dla gruntów

Pojęcie prędkości filtracji Darcy

v

F

A

Q[m3/s]= v

F

n A t= v

F

A t

Rodzaj gruntu

k [

m

s

]

Żwiry drobne

10

−2

÷ 10

−3

Piaski grubo i średnioziarniste

10

−3

÷ 10

−5

Piaski drobnoziarniste

10

−4

÷ 10

−5

Piaski pylaste

10

−5

÷ 10

−6

Pyły

10

−6

÷ 10

−8

Gliny

10

−8

÷ 10

−10

Gliny zwięzłe

10

−9

÷ 10

−11

Iły

10

−11

÷ 10

−12

13